范德华集成的界面相互作用是范德华相互作用,也叫范德华力,是以著名的荷兰物理学家约翰尼斯·迪德里克·范· 德·瓦耳斯(Johannes Diderik van der Waals,中文译名为范德华)命名的。范德华作用力是化学中非常基础的一种分子间作用力,通常包括取向力、诱导力和色散力三种不同类型的力(图a)。范德华相互作用通常远弱于典型的化学键,其强度只有0.1~10 kJ/mol,比共价键或离子键(100~1000 kJ/mol)小2~3个数量级。尽管如此,范德华力的大小其实超过许多人的想象,在自然界中范德华力就有许多巧妙的应用,如壁虎就可以依靠范德华力轻松地在光滑的墙壁上爬行而不会掉下来,说明范德华作用可以产生足够大的作用力。实际上,经测算只要具有紧密接触的界面,范德华力的大小通常>10 N/cm2,依然远大于通常集成的材料的重力,即使对于1米厚的材料,重力的作用也大概只有1~10 N/cm2左右的量级,这也是范德华集成能够成功实现许多材料体系的异质集成的力学基础。

图. 范德华集成的范德华界面相互作用力
基于势能与分子间距离的关系(图b),范德华吸引力在平衡距离附近达到最强,并随着距离的增加以r−6的数量级迅速衰减,两粒子在这个临界点的相互作用被称为范德华相互作用,此时的距离被称为范德华距离。范德华距离通常大于两粒子的半径之和,其差异定义为范德华间隙(图c,d)。范德华间隙可以在气态下进行测量,或者从晶体中相邻分子的外围原子之间的距离进行推导。对于层状材料,范德华间隙可以用层间距离减去共价键长度来进行简单估计,大多数常见的二层材料的范德华间隙都在~0.2 nm(图e)。